Un descubrimiento eléctrico podría revolucionar la cirugía ósea
Este descubrimiento podría llevar al desarrollo de una nueva generación de injertos y prótesis que reaccionan a la presión corporal y ayudan en la regeneración ósea tras una cirugía. La técnica también podría reducir la necesidad de contar con donantes de hueso y, por tanto, reducir riesgos y costes médicos.
Un material flexible
«Nuestros huesos tienen propiedades de remodelación extraordinarias», explica Nathalie Barroca, beneficiaria de una beca Marie Skłodowska-Curie en el proyecto FLEXOBONEGRAFT, y Gustau Catalan, coordinador del proyecto, del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2). «Las fracturas se curan, mientras que los impactos pueden fortalecerlos. Sin embargo, la falta de ejercicio —o ausencia de la gravedad, como se experimenta en el espacio— puede aumentar la porosidad y la debilidad de los huesos». Además, las capacidades impresionantes de adaptación ósea disminuyen con la edad. De hecho, el hueso se ha convertido en el tejido más trasplantado después de la sangre, con más de un millón de procedimientos anuales solo en Europa. Dado el envejecimiento de la población, es probable que Europa experimente un aumento de las enfermedades óseas, como osteoporosis. «Claramente hacen falta tratamientos innovadores para enfermedades musculoesqueléticas, y la investigación en reparación ósea es un campo en expansión», añade Catalan.
Avances biomédicos
El grupo dirigido por Catalan en el ICN2 en Barcelona fue el responsable del descubrimiento de la flexoelectricidad del mineral óseo. La flexoelectricidad (literalmente «electricidad flexible») describe la capacidad de un material para producir electricidad en respuesta a deformaciones, algo importante porque nuestros huesos están continuamente sometidos a presiones mecánicas. Tras el éxito del estudio inicial financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC), un equipo que incluye la bióloga Raquel Núñez, dos físicos (Gustau Catalan y Fabián Vásquez) y la científica de materiales Nathalie Barroca investigaron algunos de los efectos fisiológicos de la flexoelectricidad sobre la remodelación ósea en el proyecto FLEXOBONEGRAFT. Descubrieron que la flexoelectricidad primero provoca la muerte de los osteocitos adyacentes a las fracturas óseas, activando así el protocolo de reparación de los huesos. Después, estimula las células formadoras de hueso (llamadas osteoblastos) para que segreguen mineral óseo y aumenten la concentración de osteocalcina (una proteína de unión a calcio). «Por tanto, vimos que la flexoelectricidad abre nuevas perspectivas para los tratamientos regenerativos de hueso», dice Barroca, beneficiaria de una beca de investigación Marie Skłodowska-Curie. «El siguiente paso fue seleccionar los polímeros biodegradables y biocompatibles aprobados para fines médicos que podrían usarse como materiales que imitan al hueso y después caracterizar sus propiedades flexoeléctricas». Para imitar aún más la química ósea, Barroca mezcló polímeros con las nanopartículas de la hidroxiapatita, el mineral principal de los huesos. Algunos compuestos se identificaron con el mismo coeficiente de flexoelectricidad que el hueso, suficiente para la estimulación celular. Este descubrimiento, que se publicará en breve, será útil para los ingenieros biomédicos que intentan incorporar la flexoelectricidad como parámetro de diseño. «Los materiales identificados también se usaron para crear diseños estructurales que se someten a microflexiones (y, por tanto, generan flexoelectricidad) en respuesta a presiones mecánicas similares a las del cuerpo», comenta Barroca. «Esto se ha logrado con matrices de impresión 3D con microvarillas y huecos solapados de distintos tamaños. También pretendemos estudiar los efectos de estos compuestos microtexturizados sobre las células óseas reales». Los hallazgos del proyecto aprovechan el creciente interés por el uso de biomateriales para fines médicos. Los polímeros ya se emplean en las prótesis óseas y como matrices para «guiar» la actividad regenerativa de las células óseas. Después, estas matrices se degradan en subproductos biocompatibles que el organismo puede procesar.
Palabras clave
FLEXOBONEGRAFT, hueso, biomateriales, compuestos, polímeros, flexoelectricidad, osteoporosis, calcio
